Comparaison du volume de sources courantes de bruit

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Cet article présente les méthodes permettant la comparaison du niveau acoustique des bruits, et quelques valeurs communément admises dans des situations communes.

Les estimations numériques du niveau de bruit servent en cas de litige. L'inconfort que cause un bruit n'a pas de rapport nécessaire avec le niveau. Une goutte d'eau à intervalles irréguliers, mais fréquents, dans le silence, peut produire un inconfort sans rapport avec un niveau sonore infime. Des amateurs peuvent prendre plaisir à des bruits d'un niveau si élevé qu'il constitue un risque pour leur audition.

On peut caractériser et comparer les sources sonores par leur puissance acoustique, à partir de laquelle on estimera le son qu'elles produisent dans une circonstance donnée.

On peut constater le bruit dans un endroit donné à partir de la pression acoustique. Cette mesure ne caractérise la source que pour autant qu'on connaisse la direction et la distance et qu'on soit en champ libre. La pression acoustique est souvent affectée d'une pondération en fréquence, comme dans les dBA ou en durée, comme dans les SEL.

La cotation du bruit en sones est une tentative, au prix de méthodes plus complexes, de mieux représenter le volume psychoacoustique du son.

Niveau sonore et limites[modifier | modifier le code]

Le niveau de bruit s'exprime couramment en décibels. La grandeur physique qui provoque l'audition d'un son est la pression acoustique, une faible variation de la pression atmosphérique autour de son niveau moyen. Dans la plage de fréquences de cette vibration à laquelle l'homme est le plus sensible, vers 1 500 Hz (le sol de l'octave 5 du piano, juste à droite du milieu du clavier), on entend des sons à partir d'une pression acoustique d'environ 20 μPa[1]. Les sons commencent à être douloureux vers 10 Pa[a]. La pression acoustique étant une une variation de la pression atmosphérique, elle ne peut pas la dépasser, ce qui limite sa valeur de crête à environ 100 000 Pa.

On parle en général de la « force » d'un son ; en musique, le « volume » d'un son musical est une métaphore qui exprime sa capacité à bien « remplir » une salle, c'est-à-dire qu'on l'entende bien partout. En psychoacoustique on appelle ce caractère la sonie ; des expériences ont montré que la plus faible différence de sonie perceptible entre deux stimulus sonores correspond à un accroissement d'environ 10 % de la pression acoustique[b].

Pour ces raisons, les acousticiens communiquent, plutôt que la pression acoustique, le niveau de pression acoustique, exprimé en décibels par rapport à 20 μPa[c]. Les valeurs sont toujours positives, et les décimales sont inutiles.

  • 1 dB correspond à peu près à la plus faible différence de force du son qu'on puisse percevoir.
  • Lp = 0 dB re 20 μPa est l'écriture normalisée qui correspond à un son si faible qu'il est imperceptible.
  • Lp = 120 dB re 20 μPa correspond à un son à la limite de la douleur.
  • Lp = 190 dB re 20 μPa correspond à un son au maximum théorique. En réalité, aucune source ne peut produire cette pression acoustique ; à ce niveau et au-delà, on parle d'onde de choc[d].

Niveau exceptionnel : Saturn V[modifier | modifier le code]

La NASA a rendu publiques les études qu'elle a demandé sur les émissions sonores des fusées au décollage. Il fallait savoir à quelle distance le bruit du lancement allait obliger les personnes à porter une protection auditive, mais aussi évaluer le niveau extrême des vibrations sonores qui devaient affecter des objets délicats comme les caméras de télévision installées sur et à proximité du pas de tir[3]. L'étude prévoyait un niveau sonore global de Lp = 128 dB re 20 μPa à 3 km.

On peut calculer la puissance acoustique totale correspondant à ce niveau. On considère, comme les auteurs du rapport, que le son se répartit uniformément dans l'hémisphère au dessus du sol.

  1. Le niveau 128 dB re 20 μPa se traduit par la pression acoustique 50 Pa.
  2. 50 Pa, avec une onde progressive, équivalent approximativement à une intensité acoustique de p²/400, soit 6,3 W⋅m-2
  3. Cette puissance par mètre carré s'exerce sur une demi-sphère de 3 000 m de rayon, d'une aire égale à 2πr², soit à peu près 57 millions de m2.
  4. La puissance acoustique équivalente totale (prévue) est donc d'environ 350 MW, soit à un niveau de puissance acoustique LW = 205 dB dB re 1 pW.

Contrairement à la pression acoustique, qui ne peut dépasser la pression atmosphérique, la puissance acoustique est une construction abstraite qui n'a pas de limite. Si un calcul partant d'une puissance acoustique arrive à un niveau de pression acoustique supérieur à Lp = 190 dB re 20 μPa, c'est qu'on est sorti du domaine d'application de cette notion[e].

Niveaux de puissance acoustique[modifier | modifier le code]

Si, comme dans l'exemple du lancement de fusée, on peut remonter, en champ libre, du niveau sonore à la puissance acoustique en connaissant la distance, il n'en va pas de même dans un espace partiellement clos, comme une rue, ou entièrement clos, comme une salle de concert. Dans ce cas, la réverbération sur les parois contribue au niveau sonore. La relation entre puissance acoustique à la source et niveau dans l'endroit considéré s'établit approximativement par un calcul acoustique propre au local et au point de mesure.

Pour calculer la puissance acoustique d'une source, on mesure en plusieurs points autour de celle-ci la pression acoustique dans une chambre anéchoïque, pour obtenir le meilleur équivalent d'un champ libre[f]. À défaut, on utilise un dispositif d'évaluation de l'intensité acoustique, dirigé en direction de la source pour éliminer, autant que faire se peut, les réflexions sur les parois[g]. On obtient, par interpolation numérique, le diagramme de la directrice d'émission, et par intégration de celle-ci, la puissance acoustique rayonnée totale, éventuellement modifiée par la pondération fréquencielle A ou C.

Exemples de puissance acoustique de sources courantes de bruit[modifier | modifier le code]

Le tableau ci-dessous reprend les puissances en watts et niveaux en décibels par rapport à un picowatt de quelques sources courantes de bruit.

Puissances acoustiques typiques de sources acoustiques[4]
Puissance acoustique Niveau LW Exemple
(W) (dB re 1 pW)
> 1 000 000 180 Fusée
30 000 155 Avion Caravelle au décollage
1 000 150 Ordre de grandeur pour les avions à réaction
100 140 Orchestre symphonique
1 à 200 120 à 143 Haut parleur
0,1 110 Marteau piqueur[h]
0,001 à 0,01 90 à 100 Cri
>0,001 >90 Voix humaine (chant)
0,00001 à 0,0001 70 à 80 Voix normale
< 0,000001 <60 Montre mécanique de gousset
0,0000000001 20 Chuchotement

Puissance acoustique des matériels destinés à être utilisés à l'extérieur des bâtiments[modifier | modifier le code]

Une directive de l'Union européenne limite la puissance acoustique des matériels destinés à être utilisés à l'extérieur des bâtiments. Elle fixe le niveau admissible de puissance acoustique en dB re1 pW des engins de chantier en tenant compte de leur puissance, de leur masse, de leur largeur d'action[5].

Exemple : Bouteurs, chargeuses, chargeuses-pelleteuses sur chenilles, après 2006 :
  • Ces engins ne doivent pas émettre de niveaux de puissance sonore supérieur à 103 dB LW re 1 pW si leur puissance est inférieure à 55 kW ;
  • dans le cas contraire, leur puissance maximale admissible d'émission acoustique est fixée à 84 + 11 log P, où P est la puissance en kW.

Un engin de 110 kW ne peut ainsi dépasser 106dB LW re 1 pW.

Niveaux de pression acoustique[modifier | modifier le code]

Les niveaux de pression acoustique, mesurables avec un sonomètre, sont les plus souvent annoncés. Ils ne caractérisent que la nuisance sonore, là où les habitants la ressentent. Pour qu'elle signifie quelque chose quant à la source, il faut indiquer et une distance en champ libre. La plupart des sources n'émettent pas également dans toutes les directions, et il faut aussi le préciser. Ces détails sont toujours indiqué dans les textes de loi, par exemple ceux sur le bruit des motocyclettes.

Bruits d'avion[modifier | modifier le code]

Les bruits d'avion présentent un cas où toutes ces difficultés se combinent, lorsqu'on veut comparer les aéronefs en conditions réelles. L'altitude, la vitesse, le type de propulsion, le régime de vol, les conditions météorologiques, la position de l'observateur par rapport à la trajectoire de l'avion, le relief et les constructions affectent la pression acoustique mesurée, bande de fréquence par bande de fréquence.

Les campagnes de mesurage entreprises en France ont montré que le bruit des avions de transport lourds descendant vers l'aéroport est perçu jusqu'à 95 km du point d’atterrissage ; il est mesurable jusqu'à au plus 75 km[6]. Pour une mesure au décibel près, le niveau de pression acoustique du bruit de l'avion doit être au moins 6 dB au dessus de celui du bruit de fond que constitue l'ambiance au moment de la mesure. Les données du contrôle du traffic aérien permettent d'évaluer la distance entre point de mesure et source. Les mesures montrent une dispersion considérable, avec des écarts de plus de 10 dB entre passages du même type d'appareil à la même altitude. L'exploitation statistique d'un grand nombre de mesures permet un résultat plus fiable.

Bruit d'avions de transport commerciaux selon l'altitude[7]

Comme l'évênement sonore que représente le passage se dégage progressivement du fond, le niveau d'exposition équivalent (SEL) se calcule avec une limite temporelle plus ou moins arbitraire[8]. Un avion qui vole plus lentement peut être moins bruyant à basse altitude ; mais la durée du passage est supérieure, et le niveau d'exposition équivalente (SEL) s'en trouve augmenté.

En descente à l'atterissage, le bruit est principalement d'origine aérodynamique, les moteurs contribuent peu[9]. Il n'en est pas de même au décollage et en phase de montée, où la comparaison des appareils peut donner des résultats différents.

Au sol, les avions produisent du bruit que les aéroports doivent maîtriser pour le confort et la sécurité des passagers et des personnels[10].

L'émergence d'un bruit[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Émergence (bruit).

L'exemple des avions montre un problème constant dans la comparaison du volume des bruits. Le désagrément induit par un bruit temporaire n'est pas de même nature que celui d'un bruit permanent. En France, la réglementation sur le bruit tient compte de l'émergence[i] du bruit[12]. Encore faut-il pouvoir mesurer le bruit d'ambiance, dans sa variation en fonction de l'heure et des conditions météorologiques. L'évaluation de l'émergence du bruit provenant d'une source déterminée implique l'enregistrement, sinon du son, du moins de la pression acoustique, sur une longue durée. Le matériel audio numérique le permet depuis le début du XXIe siècle. Il faut encore, sur cet enregistrement, évaluer les perturbations sonores de diverses sources les unes par rapport aux autres, un signal d'alarme anti-effraction, les aboiements d'un chien, le passage d'un véhicule, d'un avion, plus ou moins puissantes et plus ou moins récurrentes. La réglementation a dû différencier les bruits de voisinage et de loisirs de ceux d'origine industrielle, des bruits autour des infrastructures routières et ferroviaires et de ceux des aéronefs. Aucune mesure physique ne peut prétendre refléter avec exactitude la gêne que des occupations divergentes de l'espace se provoquent réciproquement[13], quoique des études associant évaluations subjectives et mesures physiques se consacrent à ce sujet[14].

Les règlements caractérisent l'émergence par une différence de niveau global pondéré, par rapport à une ambiance. Outre le fait que l'ambiance n'est pas généralement continue, mais faite d'une série de petits évênements sonores, parmi lesquels certains peuvent se détacher autant que le bruit dont on cherche à mesurer l'émergence, le spectre de ce dernier est le plus souvent différent du fond. Ce contraste[j] le fait distinguer plus facilement[15], ce qui doit affecter la comparaison entre le volume issu des sources.

Niveaux en décibels par situation[modifier | modifier le code]

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Dans l'usage courant, un niveau de bruit exprimé en décibels est un niveau de pression acoustique Lp = 0 dB re 20 μPa. Pour les niveaux faibles, on utilise souvent la pondération A.

Autre liste de bruits[modifier | modifier le code]

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Volume en sones[modifier | modifier le code]

Les pressions acoustiques, sans être de véritables mesures physiques, puisqu'elles ne précisent pas la bande de fréquences concernées, qui est implicitement celle de l'audition humaine, n'en sont pas pour autant des mesures du volume sonore perçu, même en leur appliquant les pondérations normalisées A ou C. De nombreux sons, ayant le même niveau de pression acoustique pondéré, ont un volume perçu différent.

Stanley Smith Stevens a proposé en 1936 une méthode pour calculer, à partir d'une mesure de pression acoustique par bandes d'octave, un indice de sonie qu'il a appelé le sone. Eberhard Zwicker, quelques années plus tard, a mis au point une méthode plus raffinée, fondée sur une mesure de la pression acoustique par bandes de tiers d'octave. L'une et l'autre tiennent compte de la sensibilité humaine différente selon la fréquence et le niveau sonore et tiennent compte de l'effet de masque d'un son par un autre, ainsi que des différences de perception sonore selon que l'on se trouve dans un champ frontal ou dans un champ diffus[22]. La norme internationale ISO 532 les détaille l'une et l'autre.

1 sone correspond à une perception de sonie équivalente à celle que produit un son pur de 1 000 Hertz à un niveau de pression acoustique de 40 dB re 20 μPa. 2 sones correspondent à la perception humaine d'un son deux fois plus intense.

Exemples de pressions acoustiques, niveaux de pression et volumes en sones[modifier | modifier le code]

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Source sonore Pression acoustique Niveau de pression Volume
pascal dB re 20 µPa sone
Seuil de la douleur 100 134 ~ 676
Dommages à court terme 20 approx. 120 ~ 250
Jet, 100 m distant 6 - 200 110 - 140 ~ 125 - 1024
Marteau-piqueur, à 1 m / discothèque 2 approx. 100 ~ 60
Dommages à long terme 6×10−1 approx. 90 ~ 32
Route majeure, à 10 m 2×10−1 - 6×10−1 80 - 90 ~ 16 - 32
Voiture, à 10 m 2×10−2 - 2×10−1 60 - 80 ~ 4 - 16
Téléviseur à volume normal, à 1 m 2×10−2 ca. 60 ~ 4
Discussion normale, à 1 m distant 2×10−3 - 2×10−2 40 - 60 ~ 1 - 4
Pièce très calme 2×10−4 - 6×10−4 20 - 30 ~ 0.15 - 0.4
Brise, respiration calme 6×10−5 10 ~ 0.02
Seuil d'audibilité à 2 kHz 2×10−5 0 0

Quantification de la gêne occasionnée par le bruit[modifier | modifier le code]

Mesurer le niveau sonore ne suffit pas pour représenter la gène qu'occasionne un son indésirable. Les méthodes d'investigation de celle-ci incluent l'interrogation des personnes exposées[23].

Annexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Michel Rumeau, « Incertitude de mesurage du bruit en environnement, par une méthode détaillée », dans 10ème Congrès Français d'Acoustique, Société Française d'Acoustique - SFA, (lire en ligne)
  • Françoise Dubois et al., « Détection de sources émergentes au sein d’un bruit large bande : mécanismes perceptifs et applications », dans 10ème Congrès Français d'Acoustique, Société Française d'Acoustique - SFA, (lire en ligne)
  • Institut bruxellois pour la gestion de l'environnement, « Notions acoustiques et indices de gêne », dans Bruit — données de base pour le plan, (lire en ligne)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. L'expression subjective de la douleur varie selon les personnes. Dans certaines conditions comme la maladie ou l'état de manque des opiacés, des niveaux bien plus faibles provoquent une sensation douloureuse[2].
  2. Des « oreilles d'or » détectent une variation de quelques pourcent.
  3. Selon la définition du décibel, les niveaux de pression acoustique en décibels s'obtiennent à partir de la pression acoustique P exprimée en pascals par avec Pref= 2×10-5, ce qui revient à Lp = (20 log P) + 96.
  4. On comprend bien que la pression ne peut pas s'abaisser en dessous de zéro. Quand la pression acoustique a la même valeur que la pression atmosphérique, elle se trouve à un maximum. La pression atmosphérique au niveau de la mer est environ à 1 013 hPa, soit 1 013×105 Pa. Si l'on pouvait encore parler de pression acoustique à ce niveau, cela représenterait un niveau à 0,7 x 0,5×1010 fois le niveau de référence, soit 191 dB SPL. Le facteur 0,7 correspond au facteur de crête de la sinusoïde que l'on imagine, pour les besoins du calcul ; il correspond à 3 dB.
  5. Probablement, la distance à la source est trop petite. Cette distance vient au dénominateur ; un calcul à partir de la puissance acoustique donne une pression acoustique infinie à distance nulle, ce qui est manifestement impossible.
  6. La distance doit être suffisante pour éviter le renforcement des basses que cause l'effet de proximité.
  7. La norme « ISO 9614-1:1993 » indique la procédure.
  8. La directive européenne 2005/88/CE prévoit que les marteaux piqueurs à main de moins de 15 kg ne devraient pas produire plus de 105 dB par rapport à 1 mW de puissance acoustique, tandis qu'un marteau piqueur lourd, de 50 kg, pourrait émettre jusqu'à 113 dB. Avant que des jupes d'isolation phoniques ne soient adaptées aux engins, la puissance acoustique dissipée pouvait être supérieure.
  9. Selon l'AFNOR, « L’émergence est une modification temporelle du niveau ambiant induite par l’apparition ou la disparition d’un bruit particulier[11] ».
  10. La psychologie de la forme étudie le contraste entre le fond et une forme, généralisant le concept d'émergence. Inversement, les modèles psychoacoustiques de la sonie tiennent compte de l'effet de masque d'un son par un autre, de spectre proche.
  11. « intensité sonore: 157-161 dB », selon un document reproduit par le forum « Forums LR PRESSE • Voir le sujet - De la bonne utilisation des pétards », sur forums.e-train.fr (consulté le 22 novembre 2016) [réf. insuffisante]. Le document ne précise pas l'unité ni même la nature de la grandeur, intensité acoustique dans une certaine direction puissance acoustique ou pression acoustique ni pour l'intensité et la pression la distance.

  1. Mario Rossi, Audio, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, , 1e éd., p. 30 ;
    Marie-Claire Botte, « Perception de l'intensité sonore », dans Botte & alii, Psychoacoustique et perception auditive, Paris, Tec & Doc, .
  2. René Chocholle, Le bruit, PUF, coll. « Que-sais-je ? » (no 855), , 3e éd., p. 41.
  3. (en) « Far field acoustic environmental predictions for launch of Saturn V and a Saturn V MLV configuration »,‎
  4. Compilées de Patrice Bourcet et Pierre Liénard, « Acoustique fondamentale », dans Denis Mercier (direction), Le livre des techniques du son, tome 1 - Notions fondamentales, Paris, Eyrolles, , p. 35 ;
    Antonio Fischetti, Initiation à l'acoustique : Écoles de cinéma — BTS audiovisuel, Paris, Belin, , 287 p., p. 36 ;
    Franck Ernould et Denis Fortier, Le grand livre du Home Studio: Tout pour enregistrer et mixer de la musique.
  5. « Directive 2005/88/CE ».
  6. Marc Pimorin, Rapport d'étude — Bruit d’avion en phase d’arrivée à longue distance de l’aérodrome, (lire en ligne), p. 11
    Christophe Rosin, Bertrand Barbo et Boris Defreville, « Monitoring du bruit des avions : une détection à partir du signal audio », dans 10ème Congrès Français d'Acoustique, Société Française d'Acoustique - SFA, (lire en ligne).
  7. Pimorin 2011.
  8. Pimorin 2011, p. 13.
  9. Autorité de contrôle des nuisances aéroportuaires, « Définitions ».
  10. Autorité de contrôle des nuisances aéroportuaires.
  11. « Acoustique - Caractérisation et mesurage des bruits de l'environnement - Méthodes particulières de mesurage »
  12. Réglementation sur le bruit, Gouvernement français. Inspection des installations classées.
  13. Christian Montès, « La ville, le bruit et le son, entre mesure policière et identités urbaines », Géocarrefour, no 2,‎ (lire en ligne).
  14. Marion Alayrac, Indicateurs de gêne sonore pour l’étude d’impact du bruit d’un site industriel : caractérisation physique et perceptive : thèse doctorale, (lire en ligne).
  15. Dubois 2010, Rumeau 2010.
  16. a et b Chocholle 1973, p. 59.
  17. (en) Pat Brown, « 3. Fundamentals of audio and acoustics », dans Glen Ballou (direction), Handbook for Sound Engineers, New York, Focal Press, , 4e éd., p. 27.
  18. (en) Michael J. T. Smith, Aircraft Noise, Cambridge U.P., (lire en ligne), p. 9.
  19. http://www.sante-environnement-travail.fr/minisite.php3?id_rubrique=875&id_article=2848
  20. « Gare aux explosions de pétards », leparisien.fr,‎ (lire en ligne)
  21. (en) « Selecting a suppressor », SRT Arms (consulté le 22 janvier 2008)
  22. Mario Rossi, Audio, Lausanne, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, , 1e éd. (ISBN 978-2-88074-653-7) et (en) Eddy Bøgh Brixen, Metering Audio, New York, Focal Press, , 2e éd. résument ces méthodes.
  23. Michel Maurin, « Réflexions à propos des relations numériques entre le bruit des transports et la gêne exprimée », Recherche - Transports - Sécurité, vol. 78,‎ , p. 63–77.